Escreva as equações químicas balanceadas do processo de digestão da bauxita em solução de potassa à quente. Descreva a estrutura da espécie de alumínio formada em solução.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Escrever as equações químicas balanceadas do processo de digestão da bauxita em solução de potassa (ou seja,
quente). - Descrever a estrutura da espécie de alumínio formada em solução.
Informações relevantes que vou usar (assumidas do enunciado e do que é bauxita):
- Bauxita é uma mistura de minerais à base de alumínio; os constituintes principais que interessam aqui são:
- gibbsita, cuja fórmula é
(hidróxido de alumínio), - boehmita e diaspore, que têm fórmula básica
(óxido-hidróxido de alumínio), - e eventualmente óxido de alumínio
(quando o minério é calcinado).
- gibbsita, cuja fórmula é
- Em meio fortemente básico (solução quente de
), as fases de alumínio se dissolvem formando espécies aluminato solúveis. O cátion potássio ( ) é o contra-íon em solução. - O enunciado não dá quantidades, então apresentarei as equações estequiométricas gerais para cada mineral relevante.
Passo 2
Princípio químico (explicação didática do que acontece):
- Alumínio em estado oxidado (Al(III)) forma hidróxidos que são anfóteros: reagem tanto com ácidos quanto com bases. Em base forte eles se complexam formando ânions aluminato solúveis.
- A reação típica do hidróxido de alumínio com hidróxido (base) é a formação do anião tetra-hidróxido de alumínio:
- Se há cátions solúveis como
, o sal correspondente é formado (por neutralidade de cargas), por exemplo . - Esta é a ideia central: a base fornece
que transforma os sólidos de alumínio em a espécie solúvel .
Passo 3
Equação para a digestão da gibbsita (
):
- Gibbsite é o hidróxido hidratado
. A reação direta com forma o aluminato de potássio:
- Verificação rápida de balanço: à esquerda tem Al:1, K:1, O:
, H: ; à direita cada unidade de contém Al:1, K:1, O:4, H:4 — portanto está balanceada.
Passo 4
Equação para boehmita/diaspore (
):
- Essas fases têm fórmula simplificada
. Para convertê‑las em normalmente é necessário acrescentar água além de . Uma equação estequiométrica simples é:
- Cheque de balanço: Al:1 em ambos os lados; K:1; O: esquerda
, H: esquerda ; direita O:4 H:4. Está balanceada.
Passo 5
Equação para óxido de alumínio (
) — útil se parte da bauxita tiver sido desidratada:
- Para
a reação global é:
- Verificação de balanço: Al:2 ambos os lados; K:2 ambos os lados; O: esquerda
, direita ; H: esquerda , direita . Tudo coerente.
Passo 6
Observações práticas (didáticas e úteis para prova):
- Na prática industrial (processo de Bayer) usa‑se NaOH em vez de KOH, mas a química é análoga: forma-se o ânion
e o cátion correspondente (no caso, ou ). - Muitos óxidos de ferro presentes na bauxita (por exemplo
) são pouco solúveis em base e permanecem como impureza insolúvel (lodo) — por isso a digestion isola alumínio em solução enquanto impurezas ficam sólidas.
Passo 7
Descrição da estrutura da espécie de alumínio formada em solução (explicação detalhada e simples):
- A espécie dissolvida predominante em solução fortemente básica é o ânion tetra‑hidróxido de alumínio,
. - Estrutura e coordenação:
- O alumínio está no estado de oxidação
( formalmente). - No anião
o átomo de Al é coordenado a quatro oxigênios de grupos hidroxila ( ), formando uma geometria aproximadamente tetraédrica (coordenação 4). - Cada uma dessas quatro unidades é um grupo hidroxila ligado ao alumínio; o anião carrega uma carga negativa total (
) que está essencialmente localizada nas hidroxilas/oxigênios. - Em termos de ligação, há interação de doadores de pares de elétrons (oxigênios das hidroxilas) com o orbital vazio do
; a hibridização do Al pode ser descrita qualitativamente como próxima de para acomodar quatro ligações numa geometria tetraédrica.
- O alumínio está no estado de oxidação
- Observação sobre dependência de pH e concentração:
- Em pH muito alto e a temperaturas de digestão, a forma mononuclear
é a dominante e solúvel. - Ao diminuir o pH (ou ao adicionar protões ao resfriar/neutralizar), o ânion se transforma novamente em
(precipitação), pela reação inversa:
- Em concentrações intermediárias ou condições diferentes podem também aparecer espécies poliméricas de alumínio, mas para a digestão típica a forma tetra‑hidróxido é a representação mais prática e importante.
- Em pH muito alto e a temperaturas de digestão, a forma mononuclear
Resposta
A espécie formada em solução é o ânion tetra‑hidróxido de alumínio